Të gjithë e dinë pse një makinë ka nevojë për aerodinamikë. Sa më i efektshëm trupi i tij, aq më i ulët është rezistenca ndaj lëvizjes dhe konsumi i karburantit. Një makinë e tillë jo vetëm që do të kursejë paratë tuaja, por gjithashtu do të lëshojë më pak mbeturina në mjedis. Përgjigja është e thjeshtë, por larg të qenit e plotë. Specialistët e aerodinamikës, duke rregulluar mirë trupin e modelit të ri, gjithashtu:

• llogarit shpërndarjen e forcës ngritëse përgjatë akseve, e cila është shumë e rëndësishme duke pasur parasysh shpejtësitë e konsiderueshme të makinave moderne,
• siguroni akses ajri për ftohjen e motorit dhe mekanizmave të frenimit,
• mendoni për vendet e marrjes dhe daljes së ajrit për sistemin e ventilimit të brendshëm,
• përpiquni të zvogëloni nivelet e zhurmës në kabinë,
• optimizoni formën e pjesëve të trupit për të reduktuar ndotjen e xhamit, pasqyrave dhe pajisjeve të ndriçimit.

Për më tepër, zgjidhja e një detyre shpesh bie në kundërshtim me zbatimin e një tjetre. Për shembull, zvogëlimi i koeficientit të tërheqjes përmirëson thjeshtimin, por në të njëjtën kohë përkeqëson rezistencën e automjetit ndaj goditjeve të erës së kundërt. Prandaj, specialistët duhet të kërkojnë një kompromis të arsyeshëm.

Zvarritje e reduktuar

Çfarë e përcakton forcën e tërheqjes? Dy parametra kanë një ndikim vendimtar në të - koeficienti zvarritje aerodinamike Cx dhe zona e prerjes tërthore të automjetit (seksioni i mesit). Ju mund të zvogëloni pjesën e mesme duke e bërë trupin më të ulët dhe më të ngushtë, por nuk ka gjasa që të ketë shumë blerës për një makinë të tillë. Prandaj, drejtimi kryesor i përmirësimit të aerodinamikës së një makine është optimizimi i rrjedhës rreth trupit, me fjalë të tjera, zvogëlimi i Cx. Koeficienti i tërheqjes aerodinamike Cx është një sasi pa dimension që përcaktohet eksperimentalisht. Për makinat moderne ajo shtrihet në intervalin 0,26-0,38. Në burimet e huaja, koeficienti i tërheqjes aerodinamike nganjëherë përcaktohet Cd (koeficienti i tërheqjes). Një trup në formë loti, Cx prej të cilit është 0.04, ka një riorganizim ideal. Kur lëviz, ai kalon pa probleme përmes rrymave të ajrit, të cilat më pas mbyllen pa probleme, pa thyerje, në "bishtin" e tij.

Masat e ajrit sillen ndryshe kur makina lëviz. Këtu, rezistenca e ajrit përbëhet nga tre komponentë:

• rezistenca e brendshme kur kalon ajri ndarja e motorit dhe sallon,
• rezistenca e fërkimit të ajrit që rrjedh në sipërfaqet e jashtme të trupit dhe
• formojnë rezistencë.

Komponenti i tretë ka ndikimi më i madh mbi aerodinamikën e makinës. Gjatë lëvizjes, makina ngjesh masat ajrore përpara saj, duke krijuar një zonë presionin e lartë të gjakut. Rrjedhat e ajrit rrjedhin rreth trupit dhe aty ku ai përfundon, fluksi i ajrit ndahet, duke krijuar turbulenca dhe një zonë me presion të ulët. Pra zona shtypje e lartë përpara e pengon makinën të ecë përpara dhe zona e presionit të ulët në pjesën e pasme e "thith" atë. Forca e turbulencës dhe madhësia e zonës së presionit të ulët përcaktohen nga forma e pjesës së pasme të trupit.

Performanca më e mirë aerodinamike demonstrohet nga makina me një fund të pasmë të shkallëzuar - sedan dhe kupë. Shpjegimi është i thjeshtë - fluksi i ajrit që del nga çatia godet menjëherë kapakun e bagazhit, ku normalizohet dhe më në fund shkëputet nga buza e tij. Rrjedhat anësore bien gjithashtu në bagazhin, gjë që parandalon që vorbullat e dëmshme të shfaqen pas makinës. Prandaj, sa më i lartë dhe më i gjatë të jetë kapaku i bagazhit, aq më i mirë është performanca aerodinamike. Në sedanët dhe kupat e mëdhenj, ndonjëherë është e mundur edhe të arrihet një rrjedhje e vazhdueshme rreth trupit. Ngushtimi i lehtë i pjesës së pasme gjithashtu ndihmon në uljen e Cx. Skaji i trungut është bërë i mprehtë ose në formën e një zgjatje të vogël - kjo siguron ndarjen e rrjedhës së ajrit pa turbulenca. Si rezultat, zona e vakumit pas makinës është e vogël.

Pjesa e poshtme e makinës gjithashtu ndikon në aerodinamikën e saj. Pjesët e pezullimit të dalë dhe sistemi i shkarkimit rrisin rezistencën. Për ta zvogëluar atë, ata përpiqen të zbutin pjesën e poshtme sa më shumë që të jetë e mundur ose të mbulojnë me mburoja gjithçka që "ngjitet" poshtë parakolpit. Ndonjëherë instalohet një spoiler i vogël përpara. Një spoiler zvogëlon rrjedhën e ajrit nën makinë. Por këtu është e rëndësishme të dini se kur duhet të ndaloni. Një spoiler i madh do të rrisë ndjeshëm rezistencën, por makina do të "ngulet" më mirë në rrugë. Por më shumë për këtë në seksionin tjetër.

Downforce

Kur një makinë lëviz, rrjedha e ajrit nën pjesën e poshtme të saj shkon në një vijë të drejtë, dhe pjesa e sipërme e rrjedhës shkon rreth trupit, domethënë udhëton një distancë më të gjatë. Prandaj, shpejtësia e rrjedhës së sipërme është më e lartë se ajo e rrjedhës së poshtme. Dhe sipas ligjeve të fizikës, sa më e lartë të jetë shpejtësia e ajrit, aq më i ulët është presioni. Rrjedhimisht, një zonë me presion të lartë krijohet nën fund, dhe një zonë me presion të ulët krijohet sipër. Kjo krijon ngritje. Dhe megjithëse vlera e tij është e vogël, problemi është se shpërndahet në mënyrë të pabarabartë përgjatë akseve. Nëse boshti i përparmë ngarkohet nga një rrjedhje që shtyp në kapuç dhe Xhami i xhamit, atëherë pjesa e pasme shkarkohet shtesë nga zona e vakumit e formuar pas makinës. Prandaj, me rritjen e shpejtësisë, stabiliteti zvogëlohet dhe makina bëhet e prirur për rrëshqitje.

Dizajnerët e makinave konvencionale të prodhimit nuk kanë pse të dalin me ndonjë masë të veçantë për të luftuar këtë fenomen, pasi ajo që bëhet për të përmirësuar riorganizimin në të njëjtën kohë rrit forcën poshtë. Për shembull, optimizimi i pjesës së pasme zvogëlon zonën e vakumit pas makinës, dhe për këtë arsye redukton ngritjen. Nivelimi i pjesës së poshtme jo vetëm që zvogëlon rezistencën ndaj lëvizjes së ajrit, por gjithashtu rrit shpejtësinë e rrjedhës dhe për këtë arsye redukton presionin nën makinë. Dhe kjo, nga ana tjetër, çon në një ulje të ngritjes. Në të njëjtën mënyrë, spoileri i pasmë kryen dy detyra. Ai jo vetëm që zvogëlon formimin e vorbullës, duke përmirësuar Cx, por njëkohësisht e shtyn makinën në rrugë për shkak të rrjedhës së ajrit që largohet prej saj. Ndonjëherë një spoiler i pasmë synohet vetëm për të rritur forcën e poshtëm. Në këtë rast ai ka madhësive të mëdha dhe animi ose bëhet i tërheqshëm, duke hyrë në punë vetëm me shpejtësi të lartë.

Për sport dhe modele garash masat e përshkruara, natyrisht, do të jenë joefektive. Për t'i mbajtur ata në rrugë, ju duhet të krijoni më shumë forcë. Për këtë qëllim, përdoret një spoiler i madh përpara, funde anësore dhe krahë. Por i instaluar në makina prodhimi, këta elementë do të luajnë vetëm një rol dekorativ, duke kënaqur kotësinë e pronarit. Nr përfitimet praktike ata nuk do të japin, por përkundrazi, do të rrisin rezistencën ndaj lëvizjes. Shumë entuziastë të makinave, nga rruga, ngatërrojnë një spoiler me një krah, megjithëse është mjaft e lehtë t'i dallosh ato. Spoileri shtypet gjithmonë në trup, duke formuar një tërësi të vetme me të. Krahu është instaluar në një distancë nga trupi.

Aerodinamika praktike

Ndjekja e disa rregullave të thjeshta do t'ju lejojë të kurseni nga ajri i hollë duke reduktuar konsumin e karburantit. Megjithatë, këto këshilla do të jenë të dobishme vetëm për ata që ngasin shumë shpesh në autostradë.

Kur lëvizni, një pjesë e konsiderueshme e fuqisë së motorit shpenzohet për tejkalimin e rezistencës së ajrit. Sa më e lartë të jetë shpejtësia, aq më e lartë është rezistenca (dhe rrjedhimisht konsumi i karburantit). Prandaj, nëse ulni shpejtësinë edhe me 10 km/h, do të kurseni deri në 1 litër për 100 km. Në këtë rast, humbja e kohës do të jetë e parëndësishme. Megjithatë, kjo e vërtetë është e njohur për shumicën e shoferëve. Por hollësitë e tjera "aerodinamike" nuk janë të njohura për të gjithë.

Konsumi i karburantit varet nga koeficienti i tërheqjes dhe zona e prerjes tërthore të automjetit. Nëse mendoni se këto parametra janë vendosur në fabrikë dhe pronari i makinës nuk mund t'i ndryshojë ato, atëherë gaboheni! Ndryshimi i tyre nuk është aspak i vështirë dhe mund të arrini efekte pozitive dhe negative.

Çfarë e rrit konsumin? Ngarkesa në çati "konsumon" karburant në mënyrë të tepruar. Dhe madje edhe një kuti e thjeshtë do të marrë të paktën një litër për njëqind. Dritaret dhe çatitë e diellit që janë të hapura gjatë vozitjes djegin karburant në mënyrë të paarsyeshme. Nëse transportoni ngarkesa të gjata me bagazhin pak të hapur, do të keni edhe tejkalime. Elementë të ndryshëm dekorativë, si p.sh. një fanellë në kapuç ("mbrojtës mizash"), një "mbrojtës mizash", një krah i pasëm dhe elementë të tjerë të akordimit në shtëpi, megjithëse do të sjellin kënaqësi estetike, do t'ju detyrojnë të shpenzoni para shtesë. . Shikoni nën fund - për gjithçka që ulet dhe duket nën vijën e pragut, do të duhet të paguani ekstra. Edhe një gjë kaq e vogël si mungesa kapele plastike në rrota çeliku, rrit konsumin. Secili nga faktorët ose pjesët e listuara individualisht nuk e rrit shumë konsumin - nga 50 në 500 g për 100 km. Por nëse shtoni gjithçka, do të jetë përsëri rreth një litër për njëqind. Këto llogaritje janë të vlefshme për makina të vogla me një shpejtësi prej 90 km/h. Pronarët makina të mëdha dhe adhuruesit e shpejtësive më të larta, bëni rregullime drejt rritjes së konsumit.

Nëse plotësohen të gjitha kushtet e mësipërme, mund të shmangim shpenzimet e panevojshme. A është e mundur të zvogëlohen më tej humbjet? Mund! Por kjo do të kërkojë pak akordim i jashtëm(po flasim sigurisht për elementë të ekzekutuar profesionalisht). Përpara komplet trupi aerodinamik parandalon që rrjedha e ajrit të "shpërthejë" nën pjesën e poshtme të makinës, mbulesat e pragut mbulojnë pjesën e zgjatur të rrotave, spoileri parandalon formimin e turbulencës pas "stërmës" së makinës. Edhe pse spoileri, si rregull, tashmë është përfshirë në modelin e trupit të një makine moderne.

Pra, marrja e kursimeve nga ajri i hollë është mjaft e mundur.

Rregulloret aktuale lejojnë ekipet të testojnë modele makinash që nuk e kalojnë shkallën 60% në tunelin e erës. Në një intervistë për F1Racing, ish-drejtori teknik i ekipit të Renault, Pat Symonds foli për veçoritë e kësaj vepre...

Pat Symonds: “Sot të gjitha ekipet punojnë me modele në shkallën 50% ose 60%, por nuk ishte gjithmonë kështu. Testet e para aerodinamike në vitet '80 u kryen me modele 25% të madhësisë aktuale - fuqia e tuneleve të erës në Universitetin e Southampton dhe Imperial College në Londër nuk lejonte më shumë - vetëm atje ishte e mundur të instaloheshin modelet në një bazë e lëvizshme. Pastaj u shfaqën tunele me erë, në të cilat ishte e mundur të punohej me modele në 33% dhe 50%, dhe tani, për shkak të nevojës për të kufizuar kostot, ekipet ranë dakord të testonin modele jo më shumë se 60% me një shpejtësi të rrjedhës së ajrit prej jo më shumë se 50 metra në sekondë.

Kur zgjedhin shkallën e modelit, ekipet mbështeten në aftësitë e tunelit ekzistues të erës. Për të marrë rezultate të sakta, dimensionet e modelit nuk duhet të kalojnë 5% të zonës së punës së tubit. Modelet më të vogla kushtojnë më pak për t'u prodhuar, por model më i vogël, aq më e vështirë është të ruash saktësinë e kërkuar. Ashtu si me shumë çështje të tjera në zhvillimin e makinave të Formula 1, këtu duhet të kërkoni kompromisin optimal.

Në të kaluarën, modelet janë bërë nga druri i pemës Dier me densitet të ulët që rritet në Malajzi, tani përdoren pajisje për stereolithografi me lazer - një rreze lazer me rreze infra të kuqe polimerizon materialin e përbërë, duke rezultuar në një pjesë me karakteristikat e specifikuara. Kjo metodë ju lejon të testoni efektivitetin e një ideje të re inxhinierike në një tunel me erë brenda vetëm disa orësh.

Sa më saktë të bëhet modeli, aq më i besueshëm është informacioni i marrë gjatë pastrimit të tij. Çdo detaj i vogël është i rëndësishëm këtu, edhe deri në fund tubacionet e shkarkimit rrjedha e gazrave duhet të kalojë me të njëjtën shpejtësi si në një makinë reale. Ekipet po përpiqen të arrijnë saktësinë më të lartë të mundshme në modelim me pajisjet e disponueshme.

Për shumë vite, në vend të gomave, u përdorën kopje të tyre të bëra nga najloni ose fibra karboni, kur Michelin bëri kopje të sakta të zvogëlimit të gomave të saj. goma garash. Modeli i makinës është i pajisur me shumë sensorë për matjen e presionit të ajrit dhe një sistem që ju lejon të ndryshoni ekuilibrin.

Modelet, duke përfshirë pajisjet matëse të instaluara në to, janë pak më inferiorë në kosto makina të vërteta– për shembull, kushtojnë më shumë se makina të vërteta GP2. Kjo është në fakt një zgjidhje ultra-komplekse. Një kornizë bazë me sensorë kushton rreth 800,000 dollarë dhe mund të përdoret për disa vite, por ekipet zakonisht kanë dy grupe për të vazhduar punën e tyre.

Çdo rishikim elementet e trupit ose pezullimi çon në nevojën për të prodhuar version i ri komplet trupi, i cili kushton një çerek milioni tjetër. Në të njëjtën kohë, vetë funksionimi i tunelit të erës kushton rreth një mijë dollarë në orë dhe kërkon praninë e 90 punonjësve. Ekipet serioze shpenzojnë rreth 18 milionë dollarë në sezon për këtë hulumtim.

Kostot ia vlejnë. Një rritje prej 1% në forcën zbritëse ju lejon të fitoni një të dhjetën e sekondës në një pistë reale. Në kushtet e rregulloreve të qëndrueshme, inxhinierët fitojnë afërsisht kaq shumë në muaj, kështu që vetëm në departamentin e modelimit, çdo e dhjeta i kushton ekipit një milion e gjysmë dollarë.

Prezantimi.

Mirëdita, të dashur lexues. Në këtë postim dua t'ju tregoj se si, përmes analizës së brendshme në simulimin e rrjedhës, të kryeni analiza të jashtme të një pjese ose strukture për të përcaktuar koeficientin e tërheqjes aerodinamike dhe forcën që rezulton. Konsideroni gjithashtu krijimin e një rrjeti lokal dhe vendosjen e qëllimeve të "shprehjes së qëllimit" për të thjeshtuar dhe automatizuar llogaritjet. Unë do të jap konceptet bazë të koeficientit të tërheqjes aerodinamike. I gjithë ky informacion do t'ju ndihmojë të dizajnoni shpejt dhe me kompetencë produktin tuaj të ardhshëm dhe më pas ta printoni për përdorim praktik.

Materiali.

Koeficienti i tërheqjes aerodinamike (në tekstin e mëtejmë CAC) përcaktohet në mënyrë eksperimentale gjatë provave në një tunel me erë ose testeve gjatë bregut. Përkufizimi i CAS vjen me formulën 1

Formula 1

CAS e formave të ndryshme luhatet në gamë të gjerë. Figura 1 tregon këta koeficientë për një numër formash. Në secilin rast, supozohet se ajri që rrjedh në trup nuk ka një komponent anësor (d.m.th., ai lëviz drejt përgjatë boshtit gjatësor të automjetit). Vini re se një pllakë e thjeshtë e sheshtë ka një koeficient tërheqjeje prej 1.95. Ky koeficient do të thotë që forca e tërheqjes është 1.95 herë më e madhe se presioni dinamik që vepron në zonën e pllakës. Rezistenca jashtëzakonisht e lartë e krijuar nga pllaka është për shkak të faktit se ajri që përhapet rreth pllakës krijon një zonë ndarjeje shumë më të madhe se vetë pllaka.

Foto 1.

Në jetë, përveç komponentit të erës që rezulton nga shpejtësia e makinës, merret parasysh shpejtësia e goditjes së erës në makinë. Dhe për të përcaktuar shpejtësinë e rrjedhës, pohimi i mëposhtëm është i vërtetë: V=Vauto+Vwind.
Nëse era në hyrje është erë e pasme, atëherë shpejtësia zbritet.
Koeficienti i tërheqjes është i nevojshëm për të përcaktuar tërheqjen aerodinamike, por në këtë artikull do të merret parasysh vetëm koeficienti në vetvete.

Të dhënat fillestare.

Llogaritja është kryer në Solidworks 2016, moduli i simulimit të rrjedhës (në tekstin e mëtejmë FS). Si të dhëna fillestare janë marrë këto parametra: shpejtësia që rezulton nga shpejtësia e mjetit V=40 m/s, temperatura mjedisi plus 20 gradë Celsius, dendësia e ajrit 1.204 kg/m3. Modeli gjeometrik i makinës është paraqitur në mënyrë të thjeshtuar (shih Figurën 2).

Figura 2.

Hapat për përcaktimin e kushteve fillestare dhe kufitare në simulimin e rrjedhës.

Procesi i shtimit të modulit FS dhe parim i përgjithshëm formimi i një detyre llogaritëse përshkruhet në këtë, por unë do të përshkruaj karakteristikat Për analiza e jashtme përmes të brendshme.

1.Në hapin e parë, shtoni modelin në hapësirën e punës.

Figura 2.

2. Më pas, ne modelojmë një dhomë aerodinamike me seksion kryq drejtkëndor. tipar kryesor gjatë modelimit kjo është mungesa e skajeve, përndryshe nuk do të mund të vendosim kushte kufitare. Modeli i makinës duhet të jetë në qendër. Gjerësia e tubit duhet të korrespondojë me 1.5 * gjerësinë e modelit në të dy drejtimet, gjatësia e tubit duhet të jetë 1.5 * gjatësia e modelit, nga pjesa e pasme e modelit dhe 2 * gjatësia e makinës nga parakolp, lartësia e tubit duhet të jetë 1.5* lartësia e makinës nga avioni në të cilin qëndron makina.

Figura 3.

3. Hyni në modulin FS. Ne vendosëm kushtet kufitare në faqen e parë të rrjedhës hyrëse.

Figura 4.

Zgjidhni llojin: rrjedhje/shpejtësi->shpejtësia e hyrjes. Ne vendosëm shpejtësinë tonë. Zgjidhni një skaj paralel me pjesën e përparme të makinës. Klikoni në shenjën e kontrollit.

Figura 5.

Ne vendosim kushtin kufitar në dalje. Zgjidhni llojin: presion, lini gjithçka si parazgjedhje. Kliko kutinë e zgjedhjes.

Pra, kushtet kufitare janë vendosur, le të kalojmë në detyrën e llogaritjes.

4. Klikoni në magjistarin e projektit dhe ndiqni udhëzimet në fotot më poshtë.

Figura 6.

Figura 7.

Figura 8.

Figura 9.

Figura 10.

Figura 11.

Në pikën e përfundimit lëmë gjithçka të pandryshuar. Klikoni përfundo.

5. Në këtë hap do të merremi me menaxhimin dhe krijimin e një rrjete lokale. Në pemën e elementit FS, klikoni në artikullin: rrjetë, kliko me të djathtën dhe zgjidhni: shtoni rrjetë lokale.

Figura 12.

Figura 13.

Këtu mund të specifikoni parametrat dhe zonën e rrjetës lokale për modelet komplekse, janë vendosur edhe këndi i lakimit dhe madhësia minimale e elementit. Madhësia minimaleështë specifikuar në kolonën “mbyllja e boshllëqeve të ngushta”. Ky funksion redukton ndjeshëm kohën e llogaritjes dhe rrit saktësinë e të dhënave të marra. Në varësi të saktësisë që dëshironi të merrni rezultatet, vendosni parametrin e grimcimit të rrjetës. Për analizën e brendshme, cilësimet standarde janë mjaft të përshtatshme. Më pas, do të shfaqet një vizualizimi i rrjetës në sipërfaqe.

6.Para fillimit të llogaritjes, duhet të vendosni qëllimet e llogaritjes. Qëllimet janë të specifikuara në pemën e qëllimeve FS. Në fillim, ne vendosim qëllime globale dhe zgjedhim forcat për secilin komponent.

Figura 14.

Më pas duhet të vendosim "shprehjet e synuara". Për ta bërë këtë, klikoni me të djathtën mbi objektivin në pemën FS dhe zgjidhni "shprehjen e synuar". Së pari, le të vendosim ekuacionet për forcën rezultante.

Figura 15.

Në mënyrë që një komponent i forcës të përdoret në një shprehje, duhet të klikoni me të majtën mbi të, një lidhje me komponentin do të shfaqet në formulë. Këtu futemi formulën 2. Klikoni në kutinë e kontrollit.

Formula 2.

Ne krijojmë një "shprehje të qëllimit" të dytë dhe shkruajmë formulën 1 atje.

Figura 16.

CAS është llogaritur për xhamin e përparmë. Në këtë model, xhami i përparmë është një fytyrë e pjerrët, buza është e anuar me 155 gradë, kështu që forca përgjatë X shumëzohet me sin(155*(pi/180)). Duhet mbajtur mend se llogaritja kryhet duke përdorur sistemin C dhe, në përputhje me rrethanat, sipërfaqja e fytyrës së pjerrët duhet të matet në metra katrorë.

7. Tani mund të filloni llogaritjen, le të fillojmë llogaritjen.

Figura 17.

Kur nisni llogaritjen, programi ofron një zgjedhje se për çfarë të kryejmë llogaritjen, ne mund të zgjedhim numrin e bërthamave të përfshira në llogaritje dhe stacionet e punës.

Figura 18.

Meqenëse detyra nuk është komplekse, llogaritja zgjat më pak se një minutë, kështu që do të shtypim pauzën pasi të fillojë.

Figura 19.

Tani klikoni në butonin "fut grafikun" dhe zgjidhni qëllimet tona të shprehjes.

Figura 20.

Grafiku do të tregojë vlerat për shprehjet tona për çdo përsëritje.

Ju mund të përdorni "parapamje" për të vëzhguar procesin që ndodh gjatë llogaritjes. Kur aktivizoni pamjen paraprake, koha e llogaritjes tonë rritet dhe kjo ka pak kuptim, kështu që nuk rekomandoj aktivizimin e këtij opsioni, por do t'ju tregoj se si duket.

Figura 21.

Figura 22.

Fakti që diagrami është me kokë poshtë nuk është një punë e madhe, kjo varet nga orientimi i modelit.

Llogaritja përfundon kur të gjithë qëllimet konvergojnë.

Figura 23.

Rezultatet duhet të ngarkohen automatikisht, nëse kjo nuk ndodh, ngarkojini ato manualisht: tools->FS->results->load from file

8. Pas llogaritjes, mund të shikoni rrjetën në model.

Në shumë fusha të shkencës dhe teknologjisë që përfshijnë shpejtësinë, shpesh ekziston nevoja për të llogaritur forcat që veprojnë në një objekt. Makinë moderne, gjuajtës, nëndetëse ose tren elektrik me shpejtësi të lartë - të gjithë janë të ndikuar nga forcat aerodinamike. Saktësia e përcaktimit të madhësisë së këtyre forcave ndikon drejtpërdrejt specifikimet objektet e specifikuara dhe aftësia e tyre për të kryer detyra të caktuara. NË rast i përgjithshëm forcat e fërkimit përcaktojnë nivelin e fuqisë sistemi i shtytjes, dhe forcat anësore ndikojnë në kontrollueshmërinë e objektit.

Dizajni tradicional përdor tunele me erë (zakonisht modele të zvogëluara), teste pishinash dhe teste në terren për të përcaktuar forcat. Sidoqoftë, të gjitha kërkimet eksperimentale janë një mënyrë mjaft e shtrenjtë për të marrë një njohuri të tillë. Për të testuar një pajisje model, është e nevojshme që së pari ta prodhoni atë, më pas të hartoni një program testimi, të përgatitni një stendë dhe, në fund, të kryeni një sërë matjesh. Në shumicën e rasteve, besueshmëria e rezultateve të testimit do të ndikohet nga supozimet e shkaktuara nga devijimet nga kushtet aktuale të funksionimit të objektit.

Eksperiment apo llogaritje?

Le të shqyrtojmë më në detaje arsyet e mospërputhjes midis rezultateve eksperimentale dhe sjelljes reale të objektit.

Gjatë studimit të modeleve në kushte hapësirë ​​e kufizuar, për shembull në tunelet e erës, sipërfaqet kufitare kanë një ndikim të rëndësishëm në strukturën e rrjedhës rreth objektit. Zvogëlimi i shkallës së modelit na lejon të zgjidhim këtë problem, por është e nevojshme të merret parasysh ndryshimi në numrin Reynolds (i ashtuquajturi efekti i shkallës).

Në disa raste, shtrembërimet mund të shkaktohen nga një mospërputhje thelbësore midis kushteve aktuale të rrjedhës rreth trupit dhe atyre të simuluara në tub. Për shembull, kur fryni makina ose trena me shpejtësi të lartë, mungesa e një sipërfaqeje horizontale lëvizëse në një tunel me erë ndryshon seriozisht modelin e përgjithshëm të rrjedhës dhe gjithashtu ndikon në ekuilibrin e forcave aerodinamike. Ky efekt shoqërohet me rritjen e shtresës kufitare.

Metodat e matjes gjithashtu futin gabime në vlerat e matura. Vendosja e gabuar e sensorëve në një objekt ose orientimi i gabuar i pjesëve të tyre të punës mund të çojë në rezultate të pasakta.

Përshpejtoni dizajnin

Aktualisht, kompanitë kryesore të industrisë përdorin gjerësisht teknologjitë e modelimit kompjuterik CAE në fazën e projektimit paraprak. Kjo ju lejon të konsideroni më shumë opsione kur kërkoni dizajnin optimal.

Niveli aktual i zhvillimit të paketës softuerike ANSYS CFX zgjeron ndjeshëm fushën e aplikimit të tij: nga modelimi i flukseve laminare deri te rrjedhat turbulente me anizotropi të fortë parametrash.

Gama e gjerë Modelet e turbulencës së përdorur përfshijnë modelet tradicionale RANS (Reynolds Averaged Navie-Stoks), të cilat kanë raporti më i mirë"speed-accuracy", modeli i turbulencës SST (Shear Stress Transport) (modeli Menter me dy shtresa), duke kombinuar me sukses avantazhet e modeleve të turbulencës "k-e" dhe "k-w". Për rrjedhat me anizotropi të zhvilluar, modelet e tipit RSM (Reynolds Stress Model) janë më të përshtatshme. Llogaritja e drejtpërdrejtë e parametrave të turbulencës në drejtime bën të mundur përcaktimin më të saktë të karakteristikave të lëvizjes së vorbullës së rrjedhës.

Në disa raste, rekomandohet përdorimi i modeleve të ndërtuara mbi teoritë e vorbullës: DES (Simulation Eddy e shkëputur) dhe LES (Simulimi i Vërshave të mëdha). Sidomos për rastet kur marrja në konsideratë e proceseve të tranzicionit laminar-turbulent është veçanërisht e rëndësishme, është zhvilluar një Model Tranzicioni i Turbulencës, bazuar në teknologjinë e mirë-provuar SST. Modeli i është nënshtruar një programi të gjerë testimi në objekte të ndryshme (nga makineritë me teh deri te avionët e pasagjerëve) dhe ka treguar një korrelacion të shkëlqyer me të dhënat eksperimentale.

Aviacioni

Krijimi i avionëve modernë luftarakë dhe civilë është i pamundur pa një analizë të thellë të të gjitha karakteristikave të tij në fazën fillestare të projektimit. Efikasiteti i avionit, shpejtësia dhe manovrimi i tij varen drejtpërdrejt nga dizajni i kujdesshëm i formës së sipërfaqeve dhe kontureve që mbajnë ngarkesë.

Sot, të gjitha kompanitë kryesore të prodhimit të avionëve përdorin analiza kompjuterike në një shkallë ose në një tjetër kur zhvillojnë produkte të reja.

Modeli i tranzicionit i turbulencës, i cili analizon saktë regjimet e rrjedhës afër laminare, rrjedhat me zona të zhvilluara të ndarjes dhe ribashkimit të rrjedhës, hap mundësi të mëdha për analizimin e flukseve komplekse për studiuesit. Kjo zvogëlon më tej diferencën midis rezultateve të llogaritjeve numerike dhe figurës reale të rrjedhës.

Industrinë e automobilave

Një makinë moderne duhet të ketë efikasitet të rritur me efikasitet të lartë të energjisë. Dhe sigurisht, komponentët kryesorë përcaktues janë motori dhe trupi.

Për të siguruar efikasitetin e të gjitha sistemeve të motorit, kryesor Kompanitë perëndimore teknologjitë e modelimit kompjuterik janë përdorur për një kohë të gjatë. Për shembull, kompania Robert Bosch Gmbh (Gjermani), një prodhues i një game të gjerë përbërësish për makina moderne me naftë, kur zhvillon një sistem furnizimi me karburant Common Rail përdoret ANSYS CFX (për të përmirësuar karakteristikat e injektimit).

Kompania BMW, motorët e të cilit kanë fituar titullin " Motorri me i mire i Vitit" (International Engine of the Year), përdor ANSYS CFX për të simuluar proceset në dhomat e djegies së motorëve me djegie të brendshme.

Aerodinamika e jashtme është gjithashtu një mjet për të përmirësuar efikasitetin e fuqisë së motorit. Zakonisht nuk bëhet fjalë vetëm për zvogëlimin e koeficientit të tërheqjes, por edhe për balancimin e forcës së poshtme, e cila është e nevojshme për çdo makinë me shpejtësi të lartë.

Shprehja përfundimtare e këtyre karakteristikave janë makina garash klasa të ndryshme. Pa përjashtim, të gjithë pjesëmarrësit në kampionatin F1 përdorin analiza kompjuterike të aerodinamikës së makinave të tyre. Arritjet sportive tregojnë qartë avantazhet e këtyre teknologjive, shumë prej të cilave tashmë përdoren në krijimin e makinave të prodhimit.

Në Rusi, pionieri në këtë fushë është ekipi Active-Pro Racing: makina garash Formula 1600 arrin shpejtësi mbi 250 km/h dhe është kulmi i motorsportit rus. Përdorimi i kompleksit ANSYS CFX (Fig. 4) për të hartuar një bisht të ri aerodinamik të makinës bëri të mundur uljen e ndjeshme të numrit të opsioneve të projektimit kur kërkoni zgjidhjen optimale.

Një krahasim i të dhënave të llogaritura dhe rezultateve të fryrjes në një tunel me erë tregoi ndryshimin e pritur. Shpjegohet nga dyshemeja e palëvizshme në tub, e cila shkaktoi një rritje në trashësinë e shtresës kufitare. Kjo është arsyeja pse elementet aerodinamike të vendosura mjaft poshtë, ata punonin në kushte të pazakonta.

Sidoqoftë, modeli kompjuterik korrespondonte plotësisht me kushtet reale të drejtimit, gjë që bëri të mundur përmirësimin e ndjeshëm të efikasitetit të bishtit të makinës.

Ndërtimi

Sot, arkitektët janë më të lirë të afrohen pamjen të ndërtesave të projektuara se 20 ose 30 vjet më parë. Krijimet futuriste të arkitektëve modernë, si rregull, kanë forma komplekse gjeometrike për të cilat nuk dihen vlerat e koeficientëve aerodinamikë (të nevojshëm për caktimin e ngarkesave të llogaritura të erës në strukturat mbajtëse).

Në këtë rast, mjetet CAE po përdoren gjithnjë e më shumë për të marrë karakteristikat aerodinamike të ndërtesës (dhe faktorët e forcës), përveç testeve tradicionale të tunelit të erës. Një shembull i një llogaritjeje të tillë në ANSYS CFX është paraqitur në Fig. 5.

Përveç kësaj, ANSYS CFX përdoret tradicionalisht për modelimin e sistemeve të ventilimit dhe ngrohjes ambientet e prodhimit, godina administrative, zyra dhe komplekse sportive dhe argëtuese.

Për analizë regjimi i temperaturës dhe natyrën e rrjedhave të ajrit në arenën e akullit të Kompleksit Sportiv Krylatskoye (Moskë), inxhinierët nga Olof Granlund Oy (Finlandë) përdorën paketën e softuerit ANSYS CFX. Stendat e stadiumit mund të strehojnë rreth 10 mijë spektatorë, dhe ngarkesa e nxehtësisë prej tyre mund të jetë më shumë se 1 MW (në shkallën 100-120 W/person). Për krahasim: për të ngrohur 1 litër ujë nga 0 në 100 °C, nevojitet pak më shumë se 4 kW energji.

Oriz. 5. Shpërndarja e presionit në sipërfaqen e strukturave

Duke përmbledhur

Siç mund ta shihni, teknologjia informatike në aerodinamikë ka arritur nivele që ne mund të ëndërronim vetëm 10 vjet më parë. Në të njëjtën kohë, modelimi kompjuterik nuk duhet të kundërshtohet me kërkimin eksperimental - është shumë më mirë nëse këto metoda plotësojnë njëra-tjetrën.

Kompleksi ANSYS CFX lejon inxhinierët të zgjidhin probleme të tilla komplekse, si për shembull, përcaktimi i deformimit të një strukture kur ekspozohet ndaj ngarkesave aerodinamike. Kjo kontribuon në një formulim më të saktë të shumë problemeve të aerodinamikës së brendshme dhe të jashtme: nga problemet e valëzimit të makinerive të tehut deri tek efektet e erës dhe valëve në strukturat në det të hapur.

Të gjitha aftësitë llogaritëse të kompleksit ANSYS CFX janë gjithashtu të disponueshme në mjedisin ANSYS Workbench.

Sot ju ftojmë të zbuloni se çfarë është, pse është e nevojshme dhe në cilin vit kjo teknologji u shfaq për herë të parë në botë.

Pa aerodinamikë, makinat dhe aeroplanët, madje edhe bobslatorët, janë thjesht objekte që lëvizin erën. Nëse nuk ka aerodinamikë, atëherë era lëviz në mënyrë joefektive. Shkenca e studimit të efikasitetit të heqjes së rrjedhës së ajrit quhet aerodinamikë. Për të krijuar një automjet që do të largonte në mënyrë efektive rrjedhën e ajrit, duke reduktuar zvarritjen, është e nevojshme tub aerodinamik, në të cilën inxhinierët testojnë efikasitetin e rezistencës aerodinamike të ajrit të pjesëve të makinave.

Gabimisht besohet se aerodinamika u shfaq me shpikjen e tunelit të erës. Por kjo nuk është e vërtetë. Në fakt u shfaq në vitet 1800. Origjina e kësaj shkence filloi në vitin 1871, me vëllezërit Wright, të cilët janë projektuesit dhe krijuesit e aeroplanit të parë në botë. Falë tyre, aeronautika filloi të zhvillohej. Kishte vetëm një qëllim - një përpjekje për të ndërtuar një aeroplan.

Në fillim, vëllezërit kryen provat e tyre në tunele hekurudhore. Por aftësia e tunelit për të studiuar rrjedhat e ajrit ishte e kufizuar. Prandaj, ata nuk ishin në gjendje të krijonin një avion të vërtetë, pasi kjo kërkonte që trupi i avionit të plotësonte kërkesat më të rrepta aerodinamike.

Prandaj, në vitin 1901, vëllezërit ndërtuan tunelin e tyre të erës. Si rezultat, sipas disa të dhënave, rreth 200 avionë dhe trupa prototip individualë u testuan në këtë tub. forma të ndryshme. Vëllezërit iu deshën edhe disa vite të tjera për të ndërtuar aeroplanin e parë të vërtetë në histori. Kështu në vitin 1903, Vëllezërit Wright testuan me sukses të parin në botë, i cili qëndroi në ajër për 12 sekonda.

Çfarë është një tunel me erë?

Kjo është një pajisje e thjeshtë që përbëhet nga një tunel i mbyllur (kapacitet i madh) përmes të cilit rrjedhat e ajrit furnizohen duke përdorur tifozë të fuqishëm. Një objekt vendoset në një tunel me erë dhe ata fillojnë ta ushqejnë atë. Gjithashtu, në tunelet moderne të erës, specialistët kanë mundësinë të furnizojnë flukset e drejtuara të ajrit në elementë të caktuar të trupit të një makine ose ndonjë automjeti.

Testimi i tunelit me erë fitoi popullaritet masiv gjatë kohës së Madhe Lufta Patriotike në vitet 40. Në të gjithë botën, departamentet ushtarake kryen kërkime në aerodinamikë pajisje ushtarake dhe municione. Pas luftës, kërkimet ushtarake aerodinamike u kufizuan. Por inxhinierët që projektonin makina garash sportive i kushtuan vëmendje aerodinamikës. Pastaj kjo modë u kap nga projektuesit e makinave të pasagjerëve.

Shpikja e tunelit të erës i lejoi specialistët të testonin automjeteve, të cilat janë në gjendje të palëvizshme. Më pas, flukset e ajrit furnizohen dhe krijohet i njëjti efekt që vërehet kur makina lëviz. Edhe gjatë testimit të avionit, objekti mbetet i palëvizshëm. E rregullueshme vetëm për të simuluar një shpejtësi të caktuar automjeti.

Falë aerodinamikës, si sportive ashtu edhe makina të thjeshta Në vend të formave katrore, ata filluan të fitojnë linja më të lëmuara dhe elemente të rrumbullakosura të trupit.

Ndonjëherë e gjithë makina mund të mos jetë e nevojshme për kërkime. Shpesh, mund të përdoret një plan urbanistik i rregullt. Si rezultat, ekspertët përcaktojnë nivelin e rezistencës së erës.

Koeficienti i tërheqjes së erës përcaktohet nga mënyra se si era lëviz brenda tubit.

Tunelet moderne të erës janë në thelb një tharëse flokësh gjigante për makinën tuaj. Për shembull, një nga tunelet e famshme të erës ndodhet në Karolinën e Veriut, SHBA, ku po kryhen kërkimet e shoqatës. Falë këtij tubi, inxhinierët simulojnë makina të afta të lëvizin me një shpejtësi prej 290 km/h.

Në këtë godinë u investuan rreth 40 milionë dollarë. Tubacioni filloi punën e tij në 2008. Investitorët kryesorë janë NASCAR dhe pronari i garave Gene Haas.

Këtu është një video e testit tradicional në këtë tub:

Që nga ardhja e tunelit të parë të erës në histori, inxhinierët kanë kuptuar se sa e rëndësishme është kjo shpikje për të gjithë botën. Si rezultat, projektuesit e automobilave i kushtuan vëmendje dhe filluan të zhvillojnë teknologji për studimin e rrjedhave të ajrit. Por teknologjia nuk qëndron ende. Këto ditë, shumë kërkime dhe llogaritje bëhen në kompjuter. Gjëja më e mahnitshme është se edhe testet aerodinamike kryhen në programe të veçanta kompjuterike.

3D përdoret si subjekt testimi model virtual makina. Pastaj ata luajnë në kompjuter kushte të ndryshme për testimin e aerodinamikës. E njëjta qasje filloi të zhvillohet për testimin e përplasjes. , e cila jo vetëm që mund të kursejë para, por edhe të marrë parasysh shumë parametra gjatë testimit.

Ashtu si testet reale të përplasjes, ndërtimi i një tuneli me erë dhe testimi në të është shumë kënaqësi e shtrenjtë. Në një kompjuter, kostoja mund të jetë vetëm disa dollarë.

Vërtetë, gjyshërit dhe adhuruesit e teknologjive të vjetra do të thonë akoma se bota reale është më e mirë se kompjuterët. Por shekulli 21 është shekulli i 21-të. Prandaj është e pashmangshme që në të ardhmen e afërt shumë teste të botës reale do të kryhen tërësisht në një kompjuter.

Edhe pse vlen të theksohet se ne nuk jemi kundër testeve kompjuterike, shpresojmë që testet reale të tunelit të erës dhe testet konvencionale të përplasjes do të vazhdojnë të mbeten në industrinë e automobilave.